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最近の大気環境問題と

サイエンスコミュニケーション

慶應義塾 神奈川通信三田会 総会・記念講演，於：日吉J611，2013年11月16日(土)

○奥田 知明

（慶應義塾大学理工学部応用化学科 専任講師）

サイエンス・コミュニケーションとは

科学コミュニケーションとは・・・

科学にかかわる情報を、

科学者と、科学者でない人たちとが、

やりとりすること。（出典：名古屋大学高等教育研究センター）

例えば、本日の、この講演。

と、その後の質疑応答。

・・・と、その後の懇親会。

研究略歴

1997～1999 東京都立大学理学部

1999～2002 東京農工大学農学部

大気汚染物質の発生源推定法の開発

（フィールド：日本・中国・マレーシア）

2002～現在 慶應義塾大学理工学部

微小粒子状物質の物理化学特性解明

（フィールド：日本・中国・インドネシア・インド・ベトナム・ニューカレドニア…）

本日のお話の内容

１． 自己紹介

２． 大気・環境に関するクイズ

３． PM2.5に関する現状

４ 奥田の最新の研究紹介４． 奥田の最新の研究紹介

５． 空気のよごれを自分の目ではかる

６． 授業における取り組み

７． 海外留学記

８． まとめ

Q1.空気の重さ

• 空気１Ｌの重さはどの程度でしょう？

(1) 10 g

(2) 1 g(2) 1 g

(3) 0.1 g

(4) 1 mg

(5) 空気に重さなどない！

Q2.大気の厚さと地球の深さ

時速 80 km で走る車を考えます。

(1) この車が地球の中心に向かって同じ速度で走ることができるとすると、地球の中心に到達するまでに何時間かかるでしょう

GO into the Earth !!

るまでに何時間かかるでしょう？

(2) この車が空に向かって同じ速度で走ることができるとすると、大気圏を突破するまでに何時間かかるでしょう？

GO to Space !!

2

水平方向への大規模な大気の輸送

Q3. 中国内陸部で大規模な大気汚染が発生したとする。次の地域のうち、最も早く影響を受けるのはどこか。

汚染２ ヨ パ

３．アメリカ

汚染物質

２．ヨーロッパ

１．インドネシア

４．オーストラリア

Q4. きれいな空気入りの缶？

• 大気汚染が深刻な中国では、「きれいな空気入りの缶」が売られているそうです。さてこの缶１本でまかなえるヒトの呼吸量はどの程度でしょう？

１．１週間２．１日３．１時間４．１分５．１呼吸

大気に関するクイズのまとめ

１． 空気って結構重い！

２． 大気圏って意外と薄い！

３． 汚染物質は地球上を西から東へ流れる！３． 汚染物質は地球上を西から東 流れる！

４． ヒトは1日に1.5LのPETボトル約10,000本分の空気を吸う！

PM2.5に関する現状

PM2.5 ・・・ 粒径が 2.5μm 以下の大気粉塵のこと

社会問題となったPM2.5による大気汚染 社会問題となったPM2.5による大気汚染

2013/10/7（月）朝日新聞デジタル版

2013/10/22（火）日経新聞朝刊

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Comparison of Filter Samples

Beijing BlankTokyoSampling Conditions: PM2.5, 5 L/min., 24 hr

SEMによるPM2.5粒子観察イメージ

走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscopy)

JEOL JSM-7600F

約4～500nm

国際がん研究機関(IARC)の発表

2013/10/18（金）日経新聞夕刊

2013/10/17（木）IARC Press Release

IARCによる「発がん性物質」リスト（例）・アフラトキシン（カビ毒） ・放射性物質・アスベスト ・喫煙 ・タバコ副流煙・アルコール飲料 ・太陽光線・大気汚染, 粒子状物質 ←NEW!!

こんな報道も・・・

2013/11/10（日）日経新聞朝刊 2013/11/7（木）日経新聞朝刊

PM2.5の規制値と現状■規制値 年平均値 日平均値 制定年 制定機関

米国： 15→12 µg/m3 35 µg/m3 ’97/’06/’12 USEPA

日本： 15 µg/m3 35 µg/m3 2009 環境省

*WHO, EUにも基準値制定あり

←実際のPM2 5サンプル（2013年4月に横浜にて採取）

■現状

16.2±9.9 µg/m3 (n=916)（横浜市港北区、2005-2009）

22.7±4.8 µg/m3 (n=72)（川崎市６地点平均*、2008年度）

*山田大介ほか、川崎市公害研究所年報、36、5-15、2009

← 実際のPM2.5サンプル（2013年4月に横浜にて採取）

これで 200 mg なので、15 µg はこの約1/13,000の量25mプールにこの 1/10 の量で環境基準オーバー

環境基準とは何か環境基本法(1993) ← 公害対策基本法(1967)

第三節 環境基準 第十六条

政府は、大気の汚染、水質の汚濁、土壌の汚染及び騒音に係る環境上の条件について、それぞれ、人の健康を保護し、及び生活環境を保全する上で人の健康を保護し、及び生活環境を保全する上で維持されることが望ましい基準を定めるものとする。

環境基準を達成することを目標に大気汚染防止法(1968)に基づいて規制を実施している。

出典：環境省

4

PM10 and PM2.5 in Beijing since 2010

100

150

200

250 BJ-PM10BJ-PM2.5

entr

atio

ns (

g/m

3)

0

50

2010/1 2010/7 2011/1 2011/7 2012/1 2012/7 2013/1PM

con

ce

日本のPM2.5環境基準値（年平均値：15 μg/m3)

Data from BJEPB and U.S Embassy

2013年1月の北京大気汚染の原因は？

2013年1月は、

顕著に・・・

大気が安定

風速が弱い

濃度高

鵜野ほか(2013)

大気環境学会誌 48(6), 274-280

2013/10/31 日経新聞夕刊

PM2.5濃度高い

シベリア

高気圧弱い

千葉におけるPM2.5濃度の推移*

10

15

20

25PM2.5

ent

ratio

n [

g/m

3 ]

*千葉県公表データ

0

5

10

PM

2.5

con

ce

Year2006 2007 2008 2009 2010 Jan-2013

PM2.5の規制値と現状■規制値 年平均値 日平均値 制定年 制定機関

米国： 15→12 µg/m3 35 µg/m3 ’97/’06/’12 USEPA

日本： 15 µg/m3 35 µg/m3 2009 環境省

*WHO, EUにも基準値制定あり

「注意喚起のための暫定的な指針値」

70 µg/m3 2013 環境省

「行動の目安（抜粋）」→「不要不急の外出を減らす」

■現状

16.2±9.9 µg/m3 (n=916)（横浜市港北区、2005-2009）

22.7±4.8 µg/m3 (n=72)（川崎市６地点平均*、2008年度）

*山田大介ほか、川崎市公害研究所年報、36、5-15、2009

屋内外におけるPM2.5濃度の調査結果*

*環境省(2007) 微小粒子状物質曝露影響調査報告書

30 µg/m3 程度までは、屋内外のPM2.5濃度に差なし高濃度の場合は、屋内は屋外の数十％減か

屋内外におけるPM2.5濃度及び化学組成調査

N宅

O宅

5

0

1

2

3

[In

door

/ O

utd

oor

]

屋内外におけるPM2.5濃度及び化学組成調査*

n=4

0PM Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Pb

PM2.5そのものは I/O比 0.9±0.2多くの元素は I/O比＜１ だが、例外あり

観測条件： 個人宅（２軒×２回）1.5 LPM, 1週間PTFEフィルター

*奥田ほか(2013) エアロゾル研究, in press

喫煙室におけるPM2.5濃度調査

観測条件： 2012/11/14-15＠某大学喫煙室

PM2.5濃度：514 µg/m3 （日中8時間平均値）

247 µg/m3 （24時間平均値）

cf.) 16.2±9.9 µg/m3 (屋外、n=916)

PM2.5に関する現状まとめ

１． PM2.5とは粒径2.5µm以下の粒子

２． 日本の都市域ではもともと環境基準ぎりぎりの濃度（年平均値15µg/m3前後）

３． 今年になって急に状況が悪化したわけではない

４． 屋内のPM2.5濃度は屋外と比較してほぼ同程度～数十％低い

５． 喫煙室のPM2.5濃度は屋外の約10倍高い

ー奥田の最新の研究紹介ー

生体有害性に関連する生体有害性に関連する微小粒子状物質の物理化学特性の解明

生体有害性に関連する

微小粒子状物質の

物理化学特性の解明

研究コンセプト

(1) 微小粒子状物質の「化学組成」

(2) 微小粒子状物質の「表面電位」

(3) 微小粒子状物質の「比表面積」

微小粒子の化学組成と生理活性

Group 1 Carcinogenic to humans 111 agents

Group 2A Probably carcinogenic to humans 65Group 2B Possibly carcinogenic to humans 274Group 3 Not classifiable as to its carcinogenicity to humans 504

国際がん研究機関(IARC)による発がん性区分

IARC (2013) Agents Classified by the IARC Monographs, Volumes 1–107, Updated on 10 April 2013. IARC, Lyon, France

Group 4 Probably not carcinogenic to humans 1

化学組成が異なれば、生体有害性も異なる

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「化学組成」だけ

明らかになれば

良いのだろうか？

微小粒子状物質の生体有害性の解明

良いのだろうか？

「表面電位」「比表面積」

の重要性

エアロゾルの表面電位測定の意義

１．粒子の表面電位と生体への沈着

２．粒子の表面電位と生理活性

微小粒子の表面電位と生体沈着

気道鋳型を用いた粒子の沈着実験

125nm単分散の粒子

Cohen, B.S. et al. (1998) Health Physics Society, 74(5), 554‐560環境省(2008) 微小粒子状物質健康影響評価討論会報告書, 4‐7

125nm単分散の粒子気道内部への沈着

帯電粒子/非帯電粒子 ＝ 6.2倍

微小粒子の表面電位と生理活性

縦軸：タンパク質吸着量横軸：表面電位（ゼータ電位）

表面電位と生理活性に有意な関係あり

Patil, S. et al., 2007, Biomaterials 28, 4600 ‐ 4607

環境大気中PM2.5の表面電位の測定

KFM(Kelvin Probe Force Microscopy)

表面電位センサ

エアロゾル全体の表面電位測定

個別粒子の表面電位測定

静電気力による測定

(株) 島津製作所

PM2.5粒子の高さ像とKFM像

286.79[nm]

-8.39[V]

高さ像 KFM像

0.002.00 µm 5.00 x 5.00 µm

-13.752.00 µm 5.00 x 5.00 µm

高さ・電位に応じた像が得られる

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エアロゾルの比表面積測定の意義

１．粒子の比表面積と生体影響

２．エアロゾル比表面積測定の困難さ

微小粒子の比表面積と炎症活性縦軸：マウス気管

炎症活性横軸：比表面積

CNT：カーボンナノチューブ

SW：単層DW：二層

Nakanishi, J. (ed), 2011, NEDO Project (P06041) Final Report

層MW：多層

微小粒子の比表面積と炎症活性に正の相関

研究イメージ

Surface Area: BET analysis

PM0.1Cyclone

Mass Flow Meter

PM2.5Impactor

1,100 LPM

Pump

PM

Ambient Air

Aerosol Spectrometer

P ti l Si

DiffusionCharger

(Surface Area of PM<0.1)

Surface Potential: KPFM, SEPSChemical Composition: EDXRF

PM2.5‐0.1

SampleParticle SizeDistribution

捕集されたPM2.5粉体試料

捕集期間

2013/4/9/10:53~ 2013/4/18/17:28

平均流量

1117L/ i

14927m3

1117L/min

総流量

捕集量

199.74mg

比表面積測定装置

TriStar3000，Micromeritics社製

左: 試料前処理装置 右: 吸着量測定装置

本日のお話の内容

１． 自己紹介

２． 大気・環境に関するクイズ

３． PM2.5に関する現状

４ 奥田の最新の研究紹介４． 奥田の最新の研究紹介

５． 空気のよごれを自分の目ではかる

６． 授業における取り組み

７． 海外留学記

８． まとめ

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横浜市日吉においてPM2.5を捕集したフィ

ルターの様子

カラースケールを用いたPM2.5濃度測定

• JIS Z8721（マンセル色系）に準拠したカラースケールにより、フィルターの色を定量的に評価

開発を目指す本装置の概略

• JIS K-0302準拠のインパクターを用いてPM2.5を捕集

• タイマーとポンプを用いて正確な通気流量を測定

• JIS Z8721準拠のカラースケールを用いてPM2.5質量濃度を測定

簡易型大気微小粒子濃度測定装置

インパクター＋フィルター

ホルダー

カラースケール

ポンプ

試料フィルター

PM2.5質量濃度とカラースケールの比較

0

20

40

PM2.5

Ma

ss c

onc

en

tra

tion

s

(g

/m3 )

PM2.5 Mass conc.

フィルターの色

3/1 3/6 3/11 3/16 3/21 3/26 3/31

0

3

6

10-(Gy)

3/1 3/6 3/11 3/16 3/21 3/26 3/31

Co

lor

Sca

le(1

0-G

y)

Color Scale

4

6

8

Sca

le (

10-

N)

さしの

読み

しの

数字を引いたもの）

0

2

0 10 20 30 40 50

Col

or

PM2.5 concentrations (g/m3)空気中の ほこり の多さ （＝空気のよごれ）（１立方メートル当たりマイクログラム）

色ものさ

（１０か

ら色

ものさし

きれい すこしきたない

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小学校における環境教育 小学校における環境教育

本日のお話の内容

１． 自己紹介

２． 大気・環境に関するクイズ

３． PM2.5に関する現状

４ 奥田の最新の研究紹介４． 奥田の最新の研究紹介

５． 空気のよごれを自分の目ではかる

６． 授業における取り組み

７． 海外留学記

８． まとめ

奥田が目指す大学の授業

学生さんに、新しい経験をさせる

座学

グループワーク

ディスカッション ディスカッション

プレゼンテーション・スピーチ

環境問題は人間活動と切り離して考えることはできず、個人個人が自分自身の考えを持って行動することが大切です。この授業では、環境問題を自分自身問題とし とらえ 考え 行動するため ト

「環境化学２」を履修するにあたって

自分で考える環境問題

の問題としてとらえ、考え、行動するためのトレーニングを行います。授業を大きく２つのパートに分け、前半は座学中心、後半はグループワークを通して自ら課題を設定し、仲間と協力して解決策を考える訓練を行います。授業を通して、様々な環境問題に対して科学的知見に基づいた自分の意見を持つことを目標とします。

グループワークの流れ（授業時間内）

13:00-13:10 解説等13:15-14:15 奥田とミーティング（各チーム<4分）14:15-14:30 進捗報告書とコメント用紙記入提出

※13:10-14:15までは、室外に出ても構わない※ グ時にはメ バ 全員揃 る と※ミーティング時にはメンバー全員揃っていること

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「環境化学２」の授業の様子 グループワーク・テーマ一覧

ガイガーカウンターによる放射線量の測定と人体への影響

花粉症の原因は本当に花粉だけなのか

最近話題の分煙って本当に効果あるの？！

越前クラゲの大量発生と環境問題

千葉・東京・神奈川の水道水のおいしさ研究

人はなぜミネラルウォ タ を買うようにな たのか？人はなぜミネラルウォーターを買うようになったのか？

横浜市が取り組む「環境モデル都市」

風力発電の可能性

太陽光エネルギーの可能性

エコカービジネスの将来性

オール電化はエコなのか？

再生可能エネルギーで成り立つエコハウスは実現可能か？

「環境化学２」の授業の様子

環境問題は答のない学問とも言えます。そこで個人個人が自分なりの考えを持つことが大切ですが、そ

「大気環境科学」を履修するにあたって

次世代を担う理工系人材としての環境科学的センスを磨く

の考えは当然サイエンスに立脚したものである必要があります。この授業では、主に大気環境問題をテーマにしたディスカッションを通じて、科学的知見に基づいた自分の意見を持つことを目標とします。

「大気環境科学」の成績評価方法

・授業へ出席した上でのディスカッションへの参加態度を重要視し評価を行う。

・履修者人数により、必要に応じてプレゼンテーションやレポートを課す場合がある。

単に知識や記憶力を問う筆記試験は行わない・単に知識や記憶力を問う筆記試験は行わない。

・出席してもディスカッションに参加しない場合は単位を認めない。

「大気環境科学」授業風景

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授業テーマの一例・温室効果ガス25%削減について：技術力・市民の努力・・・

・エネルギー問題について：供給・転換・消費・新エネ・・・

・企業によるＣＳＲ活動

・環境基準の１．３倍のダイオキシン：市政意志決定体験

・環境基準の決め方、放射性物質

・自治体の財政・企業の財政

・（マス）メディアとの付き合い方

・衆議院選挙直前企画「私の投票先とその根拠」

もしあなたがこの市の住民だったら？

市の発表：「我が市のゴミ焼却施設の排出ガスから、環境基準の1.3倍のダイオキシンが検出されました。健康への影響はないと見ています。」

あなたならどう思いますか？あなたならどう思いますか？

１．市の言う通り、健康への影響はないのだろう。

２．実は健康に影響があるのではないか？

３．市は嘘をついているに決まっている！

授業テーマの一例 2009年度 各市の対応まとめ

Ａ市： 焼却炉３基ともストップ、ごみ焼却は他市依頼

ごみの分別の問題／焼却炉の問題 原因究明

Ｂ市： 焼却炉３基ともストップ、ごみ焼却は他市依頼

新規処理場建設の予算計上

Ｃ市： 焼却炉３基ともストップ、ごみ焼却は他市依頼

「安全なのでご安心ください」

Ｄ市： 焼却炉の稼働を続ける

マスクの無料配布、無料の血液検査、農作物調査

「大気環境科学」OBOGによる勉強会発足 本日のお話の内容

１． 自己紹介

２． 大気・環境に関するクイズ

３． PM2.5に関する現状

４ 奥田の最新の研究紹介４． 奥田の最新の研究紹介

５． 空気のよごれを自分の目ではかる

６． 授業における取り組み

７． 海外留学記

８． まとめ

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若き理工系大和魂はアメリカで何を得たか

○奥田 知明

（慶應義塾大学理工学部応用化学科 専任講師）

（2007-08 米国Wisconsin大学Madison校 客員講師）

若き理工系大和魂はアメリカで何をしたか

パーティー（100回以上）

スポーツ

（サッカー、バスケ、スノボ・・・）

ちょっと研究。。。

Experimental Schematics

Engine DynamometerSampling Device

It’s a Long Way… 10/3/2007

It’s a Long Way… It’s a Long Way…

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It’s a Long Way… It’s a Long Way…

almost … 5/20/2008 ALL SET!! 5/21/2008

Results – Additive Effect

No Pt Additive

*Operating Condition: 1600 rpm, 165 lb-ft, 3

0.1 ppm Pt Additive

The paper has been published

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Invitation to Madison, Wisconsin

Tokyo, JPNPopulation: 12.8 mil.Density: 5,853 /km2

Madison, WIPopulation: 0.2 mil.Density: 1,170 /km2

How I enjoyed Madison 10/2/2007

How I enjoyed Madison 10/2/2007 How I enjoyed Madison 10/5/2007

How I enjoyed Madison 11/22/2007 How I survived in Madison 12/10/2007

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How I enjoyed Madison 12/14/2007 How I enjoyed Madison 2/16/2008

How I enjoyed Madison 2/19/2008 帰国後も続く友人たちとのつながり

本日のお話の内容

１． 自己紹介

２． 大気・環境に関するクイズ

３． PM2.5に関する現状

４ 奥田の最新の研究紹介４． 奥田の最新の研究紹介

５． 空気のよごれを自分の目ではかる

６． 授業における取り組み

７． 海外留学記

８． まとめ